变压器保护的整定计算

整定计算现在，国内对大型发电机变压器保护的整定计算，大多数参考或按照DL/T684－1999大型发电机变压器继电保护整定计算导则。通过实践表明：大型发电机变压器继电保护整定计算导则的内容，基本上是对的的。但也存在某些局限性，重要的局限性之处是：可操作性差、说理性不强及灵活性差。本章，将重点叙述某些发电机变压器保护的整定计算根据、整定计算办法以及如何灵活取值。第一节

发电机及变压器差动保护的整定计算一

发电机纵差保护现在，国内生产的微机型发电机差动保护，按照接入电流来分类有：完全纵差保护、不完全纵差保护；若按动作特性分类，则有比率制动式纵差保护、标积制动式纵差保护及故障分量比率制动式纵差保护。而应用最多的是比率制动式纵差保护，另首先是标积制动式纵差保护。完全纵差和不完全纵差的区别，是接入发电机中性点的电流不同。完全纵差保护接入发电机中性点的全部电流，而不完全纵差保护则引入中性点的（n—每相定子绕组支路数）电流。因此，完全纵差和不完全纵差的实质不同处是：当不通过软件修正差动两侧的平衡系数时，前者两侧差动TA的型号、变比可完全相似，而后者两侧差动TA的型号、变比不可能完全相似。完全纵差和不完全纵差的构成框图完全相似，均可采用品有比率制动特性的保护装置或含有标积制动特性的保护装置，还能够采用反映故障分量的比率制动式保护装置。1

比率制动式发电机纵差保护含有比率制动特性的差动保护，其动作特性如图7－1所示。图7－1

差动保护的比率制动特性由图7－1能够看出：含有比率制动特性的差动保护的动作特性，可由A、B、C三点决定。A点或B点的纵坐标电流Idzo为差动保护的初始动作电流。B点的横坐标电流Izdo称之为拐点电流，它等于差动保护开始出现制动作用的最小电流。直线BC与横坐标夹角α的正切（即tgα）称之为动作特性曲线的斜率，近似称之为比率制动系数Kz。Idzo、Izdo及Kz为含有比率制动特性差动保护的三要素。对该型差动保护的整定计算，实质上就是对Idzo、Izdo及Kz的整定计算。⑴

初始动作电流Idzo的整定初始动作电流Idzo的整定原则，是躲过发电机额定工况下差动保护差动回路中的最大不平衡电流。在发电机额定工况下，在差动回路中产生不平衡电流的因素，重要有差动保护两侧TA的变比误差、两侧通道回路的调节误差。发电机纵差保护普通采用10P级电流互感器，在一次额定电流和额定二次负载的条件下，变比误差为±3％。因此，在额定工况下，由于两侧差动TA的差别，在差动回路形成的最大不平衡电流为0.06Ie（Ie—发电机额定工况时差动TA的二次电流）。差动保护两侧TA二次电流分别通过装置的辅助小TA等回路进入差动回路。由于两侧辅助TA、通道回路的差别及调节误差，也会在差动回路中产生差流。该误差普通称为通道变换及调节误差。按照有关规程规定，通道变换及调节的综合误差不应不不大于5％Ie。由于差动保护两侧都有通道，因此，在额定工况下，由于通道变换及调节误差在差动回路中产生的不平衡电流最大为10％Ie。总而言之，初始动作电流可按下式计算：………………（7－1）式（7－1）中：KH—可靠系数，取1.5～2；IHe1—两侧TA变比不同产生的差流，取0.06Ie；IHe2—由于通道变换及调节误差产生的差流，取0.1Ie。代入上式得：Idzo＝（0.24～0.32）Ie

普通取0.3Ie。对于不完全纵差保护，尚需考虑发电机每相各分支电流的差别，应适宜提高Idzo的整定值。⑵

拐点电流Izdo拐点电流Izdo的大小，决定保护开始产生制动作用的电流的大小。由图7－1能够看出：在初始动作电流Idzo及动作特性曲线的斜率Kz相似的状况下，Izdo越小，差动保护的动作区越小，而制动区增大；反之亦反。因此，拐点电流的大小，直接影响差动保护的动作敏捷度。在大型发电机变压器保护整定计算导则中，建议Izdo取（0.8～1.0）Ie，其理由是：当发电机的电流不大于或等于额定电流时，差动保护不必含有制动特性。

运行实践表明：当故障点距离发电机较远时，发电机提供的短路电流可能不大于或等于额定电流。但在远处故障或故障切除后的暂态过程中，由于差动保护两侧TA及回路的暂态特性差别，可能在差动保护中短时出现较大的差流，致使差动保护误动。对于不完全差动保护，由于两侧TA变比、型号的不同，由上述因素产生的不平衡电流将更大。基于上述因素，建议减小拐点电流，整定为：Izdo＝（0.5～0.7）Ie。国外生产的含有比率制动特性的差动保护，其拐点电流普通等于零。⑶

比率制动系数Kz发电机差动保护的比率制动系数，决定于图7－1中的夹角α。能够看出，当拐点电流（即图中B点的横坐标）拟定后，夹角α决定于C点。而特性曲线上的C点近似决定于发电机外部故障时最大短路电流Ikmax与差动回路中的最大不平衡电流Iubmax的比值。即………………………（7－2）差动回路中的最大不平衡电流，除与差动TA的10％误差及调节误差有关外，尚与差动两侧TA暂态特性有关。考虑到上述状况，外部故障时，为躲过差动回路中的最大不平衡电流，C点的纵坐标电流应为：…………………（7－3）在式（7－3）中：KH—可靠系数，取1.3～1.5；Kf—暂态特性系数，当两侧TA变比、型号完全相似时，Kf≈0。而当两侧TA变比、型号不相似时，Kf可取0.05～0.1；Idzmax—最大动作电流。将以上数据代入式（7－3）得：Idzmax≈（0.26～0.45）Ikmax

将Idzmax代入式（7－2），可得：Kz≈（0.26～0.45）因此，对于发电机完全纵差保护，Kz可取0.3；而对于不完全纵差保护，Kz可取0.3～0.4。⑷

有关含有比率制动特性差动保护的动作敏捷度以往，我们有一种不对的的概念，认为提高差动保护的动作敏捷度，能够通过减少其初始动作电流或减小其比率制动系数。事实上，拐点电流的大小对保护的动作敏捷度也有影响。下列举一实例加以阐明。某一发电机的纵差保护整定值以下：初始动作电流Idzo＝0.3Ie；拐点电流Izdo＝Ie；比率制动系数Kz=0.3。另一发电机的纵差保护整定值为：初始动作电流Idzo＝0.1Ie；拐点电流Izdo＝0；比率制动系数Kz=0.3。其它条件（涉及所在系统条件）完全相似。试问：哪一台发电机差动保护的动作敏捷度高？下列，用比较它们的动作特性加以阐明。在同一坐标系中，画出上述两套差动保护的动作特性如图7－2所示。图7－2

两套差动保护的动作特性在图7－2中：曲线（1）的初始动作电流等于0.1Ie，拐点电流等于零；曲线（2）的初始动作电流等于0.3Ie，而拐点电流等于Ie。比较两者可知，当Izd＞0.7Ie之后，Idzo＝0.1Ie的保护的动作敏捷度反而低于Idzo＝0.3Ie的保护的动作敏捷度。总之，对含有比率制动特性的差动保护，仅用其初始动作电流来阐明其动作敏捷度是不完全的。2

标积制动式发电机纵差保护标积制动式纵差保护的动作方程为：…………（7－4）式（7－4）中：IS—机端差动TA二次电流；IN—中性点差动TA二次电流；φ—IS与IN之间的夹角。实质上，标积制动原理差动保护的动作量与比率制动差动保护同样。在区外故障时，标积制动与比率制动的动作特性完全相似。两者不同的是区内故障。在区内故障时，标积制动式差动保护的制动量反映发电机中性点电流与机端电流之间相角差的余弦。当两者之间的相位不不大于90度时，制动量变成负值。因此，在区内故障时，标积制动式差动保护的动作敏捷度高。在正常运行及区外故障时，为使保护不误动，标积制动式差动保护的动作特性与图7－1应完全相似。因此，对标积制动式差动保护的整定，也是拟定初始动作电流Idzo、拐点电流Izdo及比率制动系数Kz。上述各量的整定原则及取值与比率制动式差动保护相似。但Kz可适宜取大某些。总而言之，对于完全纵差保护，建议：Idzo取0.3Ie；Izdo取（0.5～0.7）Ie；Kz取0.3～0.4。二

发电机横差保护现在，应用较多的发电机横差保护，有单元件横差保护和裂相横差保护。1

单元件横差保护该类保护合用于含有多分支的定子绕组及有两个以上中性点引出端子的发电机。该保护能反映定子绕组匝间短路、分支线棒开焊及机内绕组相间短路。对单元件横差保护的整定原则是：能可靠躲过外部故障或不正常运行工况（例如发电机失磁运行）时，流过发电机中性点的最大不平衡电流。⑴

发电机不同中性点之间产生电流的因素发电机不同中性点之间产生电流的因素可能有：（I）定子绕组同相而不同分支绕组的参数不完全相似，致使两端的电势及支路电流有差别；（II）发电机定子气隙磁场不完全均匀例如，转子偏心时，在不同定子绕组中产生的感应电势不同；（III）系统发生不对称故障或发电机异常运行时（例如失磁失步运行）造成转子偏心，在不同的定子绕组中产生不同电势。⑵

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